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【研究生培养质量提升工程】第17期 航空学院:精品在线课程——机器学习与人工智能
2022-07-07 09:22   审核人:   (点击: )

编者按:为贯彻落实全国研究生教育会议精神和《西北工业大学一流研究生人才培养行动计划》,持续深入树典型、立标杆、推经验,总结凝练推广我校“研究生培养质量提升工程”支持建设项目的好经验、好做法,发挥优秀项目示范引领和辐射带动作用,研究生院特推出“研究生培养质量提升”系列文章,以期交流借鉴,共促提升,实现我校研究生教育高水平高质量发展。

随着计算机技术的迅猛发展,人工智能技术不再局限于图像处理、自然语言处理、机器人等领域,也被拓展至解决航空领域的复杂问题,在航空、航天设计中极具应用潜力。因此,培养在将来能够灵活应用机器学习等智能方法的航空专业人才十分关键。《机器学习与人工智能》是航空学院开设的面向全校研究生的前沿交叉课程,针对新时代人才培养需求,该课程从“教知识、教技能”为主的传统课堂转变为以“锻炼思维、提高解决问题能力、习得可持续发展的核心素养”为主的新型学习模式,通过设计课程内容、改革教学方式,并构建线上线下统一的教学平台,提高教学的效果,为研究生教学的模式、方法改革提供新的发展思路。

一、发挥团队的引领作用

为提升课程的质量,构建了由教授、副教授组成的高水平、专业化的师资团队,团队成员均为博士,均有多年丰富的教学经验。主讲教师布树辉教授主要从事视觉感知、机器学习、图像处理等方向的研究,曾获教育部自然科学技术进步奖、吴文俊人工智能科学技术奖、国防科学技术进步奖等。团队成员李霓教授在美国有丰富的教学和科研经历,曾担任美国工作单位校、院教学委员会成员、校教育成效评估委员会成员,有丰富的人才培养经验;团队成员李永波副教授、唐小军副教授,对人工智能方法和应用有较深的研究。团队紧密配合,充分发挥个人专业所长,为课程高质量建设奠定人员基础。

布树辉教授 李霓教授 李永波副教授 唐小军副教授


二、“三维立体式”人才培养模式

依托《机器学习与人工智能》前沿专业课程的教学实践活动对航空领域新型人才的培养模式进行了探索,提出可同步提高学生知识能力、学习能力、实践能力、素质能力的多样化教学模式与方法,构建了三维立体式人才培养模式。三维即第一线上自学的知识维度,通过在线教程、视频等知识学习材料,让学生通过自主学习掌握基本的知识;第二线下教学能力维度,以能力培养为重,通过教师的反馈、探讨提升学生的综合能力;第三实践教学的素质维度,以素养提高为要。

所提出的“三维立体”式人才培养模式中,知识要宽度,能力要深度,素质要高度,强调知识、能力、素质三者协调和同步发展。在教学中坚持以学生为中心,实现三个维度——知识维度、能力维度以及素质维度的有机结合。培养模式不仅教会学生前沿知识和应用前沿技术的能力,也注重教会学生运用前沿知识如机器学习的核心思想——“拟合与循环迭代的思维解决各类问题。从在线知识拓展、实例展示、项目实践等各个方面引导学生建立循环迭代的学习思维,帮助学生在当今信息爆炸时代提高学习新知识的效率。


1 “三维立体式人才培养模式

三、线上、线下三维全方位学习平台

线上、线下混合教学模式虽然可以提高教育效率,但同时也带来线上、线下资源难以统一整合、同步更新的问题,线上教学效果难以保障等难题。针对课程内容、作业、报告需要不断的充实完善,此外学生的作业、报告的在线批阅等等,通过传统的方式跟新、修改过程繁琐、时效性低。为提高资源修改、管理的效率,提出使用Git管理在线教程等资源,并使用最新的Jupyter Notebook技术,将理论基础、编程实现、结果、实验等统一到一个平台。以学生的学习成效为中心,实施相应的授课方法和内容,激发学生持续学习的热情。


2 课程线上、线下的教学模式设计

(一)设计并开发了统一的线上教学平台,依托Gitee平台建设了远程师生在线交互平台,包括前置知识、课程在线电子讲义、算法实例、项目练习、扩展知识、远程作业提交与批改六大模块,平台支持远程下载、多人协作和同步更新。通过此平台能够将分散的各种教学资源进行整合,从而有效提升教学的质量。


3 《机器学习与人工智能》的在线交互平台

(二)为方便学生课下预习、复习,以及将高校的教学资源回馈社会,让更多的人能够接触到前沿的课程,线上课程是一个重要的新型授课方式。但是线上授课的教学质量相对难以保障,为方便学生课下继续学习,本课程团队制作了在线视频。课程视频和课件已在视频网站和公共慕课平台上线。视频地址:https://www.bilibili.com/video/BV1oZ4y1N7ei/



4 《机器学习与人工智能》在线视频

(三)开发并制作线上课件,根据教学内容,制作了在线教学课件。课件采用最新的Juypter Notebook,让学生更加方便的获取最新的版本,并支持师生互动。在线课件地址:https://gitee.com/pi-lab/machinelearning_notebook



5 《机器学习与人工智能》的在线讲义

四、结束语

        本课程从当前热点技术出发,结合国家人才培养需求,针对现有课程存在问题,综合机器学习理论讲解和人工智能应用实践,采用理论+实践线上+线下相结合的先进模式。课程所讲授的人工智能基本理论,培养的分析解决问题能力是我校航空航天类学生必须掌握和具备的能力之一,对提升我校的研究生教学水平起到了积极的作用。


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